Современное состояние, перспективы развития химической промышленности

 

ГБОУ СПО МО « МОСКОВСКИЙ ОБЛАСТНОЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

Обособленное структурное подразделение №4

 

 

 

 

ЗАДАНИЕ

НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

№_______________

 

по______________________________________________________________

 

студенту________________________________________________________ 

 

шифр студента_______________________Курс________________________

 

Наименование группы_____________________________________________

 

Дата выдачи задания______________________________________________

 

Срок выполнения_________________________________________________

 

Домашний адрес студента__________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

2016 год

 

 

1. Тема курсового проекта__________________________________________ _______________________________________________________________
2. Производительность_____________________________________________
3. Способы производства___________________________________________ _______________________________________________________________
1. сырьё и его качество________________________________________
2. технологические показатели_________________________________

__________________________________________________________________

ПРИМЕЧАНИЕ: Все исходные данные необходимые для выполнения проекта, не указанные в настоящем задании, берутся из регламента технологического процесса действующих производств.

 

1. СОДЕРЖАНИЕ И ОБЪЁМ ПРОЕКТА

Пояснительная записка

Введение. Современное состояние, перспективы развития химической промышленности.

1. Физико-химическая характеристика процесса.
1. Методы производства готового продукта и их краткая характеристика. Выбор метода, его преимущество.
2. Основные физико-химические свойства сырья, полупродуктов и готовой продукции. Характеристика их качества согласно стандартам основы принятого метода.
3. Теоретические основы принятого метода.
2. Технологическая и эксплуатационная характеристика процесса.
1. Подробное описание выполненной графически технологической схемы проектируемого производства или отделения.
2. Контроль и автоматизация.
3. Техника безопасности, противопожарные мероприятия и охрана труда.
3. Расчёты
1. Материальный расчёт и таблица материального баланса проектируемого производства или отделения.
2. Тепловой расчёт проектируемого аппарата и таблица теплового баланса.
3. Технологический расчёт проектируемого аппарата.

 

2. ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ПРОЕКТА

Лист 1. Технологическая схема проектируемого отделения цеха.

Лист 2. Конструктивный чертёж проектируемого аппарата.

 

Литература _______________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

 

Председатель методической комиссии________________________________

Преподаватель_____________________________________________ 

 

                                               Введение.

 

Проблема эффективной химической переработки невозобновляемого природного сырья (нефть, уголь, сланцы, торф, углеводородные газы и другие) и возобновляемого сырья растительного и животного происхождения имеет первостепенное значение в химической технологии нашего времени. При этом химический процесс является важнейшим этапом переработки сырья в целевые продукты.

К настоящему времени в мире синтезировано огромное количество органических соединений, отнесенных к продуктам основного органического и нефтехимического синтеза и обладающих ценными химическими и физико-химическими свойствами. Многие из них являются целевыми продуктами, а других полупродуктами при производстве полимеров, лекарственных и других веществ. Потребность в каждом из них, как и в мире, так и в России исчисляется десятками и сотнями тысяч тонн в год.

 Винилхлорид (хлористый винил, хлорэтен, монохлорэтилен) СН2=СН-CI - бесцветный газ с эфирным запахом; хорошо растворим в обычных органических растворителях.

Винилхлорид является основным продуктом хлорорганического синтеза, на его получение в различных странах расходуется до 20-35% хлора.

 

Вклад России в мировое производство винилхлорида довольно скромный: около 1,5 % от годового глобального выпуска и место во второй двадцатке стран-производителей. При этом технологическое оснащение серьёзно отстаёт от мирового: почти 30 % мощностей используют устаревшую ацетиленовую технологию.

Производство винилхлорида в России практически полностью ориентировано на выпуск поливинилхлорида, являясь при этом одним из крупнейших направлений потребления хлора в российской химической промышленности.

Основным потребителем винилхлорида является производство поливинилхлорида, который по объему выпуска занимает второе место после полиэтилена. В начале 1990-х годов ежегодные темпы роста его производства в мире составляли 5%. Общий объем его мирового производства в 2000 г. достиг 25 млн т.

Поливинилхлорид находит применение в различных отраслях промышленности, в том числе в строительстве, электротехнике и электронике, в производствах целлюлозы и бумаги, эластомеров и волокнообразующих полимеров, настилов для пола, одежды, обуви. Самым крупным потребителем поливинилхлорида является производство труб для газо- и водопроводов, на которое расходуется до 20-55% полимера. Интенсивно увеличивается использование поливинилхлорида в качестве заменителя дерева. Суммарный объем производства поливинилхлорида в России составляет -550 тыс. т/год, или 2% мирового промышленного производства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Физико-химическая характеристика процесса.

1.1Методы производства готового продукта и их краткая характеристика.

Выбор метода, его преимущество

Винилхлори́д — органическое вещество; бесцветный газ со слабым сладковатым запахом, представляющий собой простейшее хлорпроизводное этилена. Вещество является чрезвычайно огне- и взрывоопасным, выделяя при горении токсичные вещества. Сильный яд, оказывающий на человека канцерогенное, мутагенное и тератогенное действие.

Промышленное производство винилхлорида входит в первую десятку производства крупнейших многотоннажных продуктов основного органического синтеза; при этом почти весь производимый объём используется для дальнейшего синтеза поливинилхлорида (ПВХ), мономером которого и является винилхлорид.

Получение винилхлорида:

 Методы получения:

· Гидрохлорирование ацетилена

 Жидкофазным методом:

Температура процесса 60єС путем пропускания ацетилена и хлорид водорода через катализатор 10% раствора CuCl и хлористого аммония. Наряду с реакцией идет много побочных реакций. Продукты реакции охлаждения до - 10єС при этом отделяются побочные вещества, а также конденсат Н 2О.

После окончания осушки твердого СаСl2 продукты реакции охлаждаются до 20єС, при этом винилхдлорид переходит в жидкое состояние, а несконденсировавшийся ацетилен возвращается в производство.

Достоинства: малостадийность.

Недостатки: много побочных продуктов, небольшой выход.

 Газофазным методом:

Газофазный процесс проводится при температуре от 110єС до 120єС на свежем катализаторе. По мере старения катализатора температура поднимается до 180єС, чтобы обеспечить необходимую скорость процесса.                         В качестве катализатора используется активированный уголь, пропитанный раствором HgCl2, катализатор берется 10% от угля.

CH=CH+HgCl =>Cl-CH=CH-HgCl

Cl-CH=CH-HgCl+CH2=>CH2=CHCl+HgCl

Достоинства: непрерывность процесса, простое аппаратурное оформление, высокий коэффициент использования исходных соединений.

Недостатки: относительная дороговизна процесса ацетилена по сравнению с другими исходными углеводородами.

· Из этилена через дихлорэтан может быть получен двумя способами:

 Щелочным дегидрохлорированием в жидкой фазе:

Дегидрохлорирование дихлорэтана щелочью проводят в вертикальных цилиндрических реакторах периодического или непрерывного действия. Реактор переодического действия, снабженный рубашкой и мешалкой, загружают метиловый или этиловый спирт и 42%-ную щелочь, затем постепенно приливают дихлорэтан.

Хлористый винил образуется по реакции:

CH2Cl-CH2Cl+NaOH=>CH2=CHCl+NaCl+H2O

Количество едкого натра, вводимого в реактор, на 15-20% превышают стехиометрическое.

Благодаря присутствию спирта, растворяющего как дихлорэтан, так и щелочь, дегидрохлорирование протекает в жидкой гомогенной среде.

Температуру поддерживают в пределах 85-90єС при давлении 2 ат. Продолжительность процесса 5-6 часов. Нельзя допускать избытка щелочи сверх установленного технологическим регламентом, так как это может привести к образованию ацетилена:

CH2-CH2Cl>CH2=CHCl >CHCH

Недостатки: периодичность процесса при больших масштабах производства требуется установка значительного числа аппаратов. Большой расход щелочи и спирта.

Пиролизом в паровой фазе:

При получении хлористого винила пиролизом дихлорэтана процесс протекает по схеме:

CH2Cl-CH2Cl=>CHCl=CH+HCl

Пары дихлорэтана при 480-500єС пропускают через кольцевые пространства реактора, образованное трубами диаметром 70 и 100 мм. Реактор обогревается газовой горелкой, расположенной в нижней части внутренней трубы.

Хорошие выходы хлористого винила получаются при использовании дихлорэтана высокой чистоты (99,9%), не содержащего оксилов и хлорид железа.

Достоинства: не требует затрат вспомогательных реагентов (спирт, щелочь)

Недостатки: необходимость использования дихлорэтана высокой чистоты.

· Высокотемпературным (аномальным) хлорированием этилена.

При аномальном хлорироании этилена образуется хлористый винил:

СH2=CH2+Cl2=>CHCl=CH+HCl

Получение винилхлорида хлорированием этана при 400-600єС. Отношение объемов этана и хлора составляет 1:3 до 1,9:3. Продолжительность пребывания газов в реакционной зоне 0,5с.

Недостатки: требуется поддерживать высокую температуру, протекание нежелательных реакций в большом количестве.

Достоинства: выход винилхлорида с участием расплавленных солей составляет 65-67%.

· Комбинированным методом из этилена и ацетилена.

Комбинированный метод получения винилхлорида позволяет заменить дорогостоящий ацетилен на этилен, точнее использовать хлор (утилизировать отходы производства) и в настоящее время является самым экономичным: себестоимость его на 25-30% ниже по сравнению с методом гидрохлорирования ацетилена. Процесс получения винилхлорида их этилена по комбинированному методу состоит из шести стадий:

1. Синтез 1,2-дихлорэтана прямым жидкофазным хлорированием этилена;

2. Синтез 1,2-дихлорэтана  окислительным каталитическим хлорированием этилена;

3. Промывка, осушка  и ректификация 1,2-дихлорэтана;

4. Термическое  дегидрохлорирование 1,2- дихлорэтана  в винилхлорид;

5. Разделение  продуктов дегидрохлорированя 1,2-дихлорэтана;

6. Ректификация  винилхлорида.

Достоинства: применяется этилен. Недостатки: многостадийность.

1.2.Основные физико-химические свойства сырья, полупродуктов и готовой продукции. Характеристика их качества согласно стандартам основы принятого метода.

 

 

1)Ацетилен

Физические свойства

Структурная формула ацетилена: СНСН

Относительная молекулярная масса: -26,038

При нормальных условиях - бесцветный газ, малорастворим в воде, легче воздуха. Температура кипения -83,8єС. При сжатии разлагается со взрывом, хранят в баллонах, заполненных кизельгуром или активированным углем, пропитанным ацетоном. В котором ацетилен растворяется под давлением в больших количествах. Взрывоопасный. Нельзя выпускать на открытый воздух. При 0єС и 101,3 кПА (760 мм.рт.ст.) 1,173кг/м 3. В силу наличия тройной связи молекула высокоэнергетична и обладает большой удельной теплотой сгорания - 140004,19. При сгорании температура пламени достигает 3300єС

Химические свойства

Для ацетилена характерны реакции присоединения:

CHCH+Cl2=>CHCl=CHCl

Полимеризация ацетилена с образованием винилацетилена, дивинилацетилена, тетрамера ацетилена:

СНСН+СНСН=>CHC-CH=CH2

СНСН+2СНСН=> CH2=C-CHC-CH=CH2

СНСН+3СНСН=> CH2=CH-CH=C-CHC-CH=CH2

Хлорирование ацетилена с образованием тетрахлорэтана:

СНСН+Cl2=>CHCl2=CHСl2

Гидрохлорирование ацетилена с образованием хлористого винила:

СНСН+HCl=>CHCl2=CH2

Гидратация ацетилена с образованием ацетальдегида и ацетона:

СНСН+H2O=>CH3-CHO

СНСН+H2O +H2O=>CH3-CO-CH3

Образование простых виниловых эфиров:

СНСН+ROH=>CH2=CHOR

Образование сложных виниловых эфиров:

СНСН+RCOOH=>RCOOH=CH2

Его применяют для получения хлоропренового каучука, винилхлорида, ацетальдегида, уксусного ангидрида, акрилонитрила, трихлорэтилена и др. Однако примерно 50% всего производимого ацетилена расходуется на сварку и резку металлов.

Таблица 1. Ацетилен ГОСТ 5457-75

Наименование показателя	Норма для ацетилена
	растворённого					Газообразного ОКП 2411220300
	Марки А	Марки Б
	ОКП 241122010	Первого сорта  ОКП 2411220230		Второго            сорта  ОКП 2411222040
1. Объёмная доля ацетилена, %, не менее	99,5	99,1		98,8		98,5
2. Объёмная доля воздуха и других малорастворимых в воде газов, % не более	0,5	0,8		1,0		1,4
3. Объёмная доля фосфористого водорода, % , не более	0,0005	0,02		0,05		0,08
4.Объёмная доля сероводорода,% , не более	0,0002	0,0005		0,05		0,05
5.Массовая концентрация водяных паров при температуре 20С и давлении 101, 3 кПа (760 мм.рт.ст) г/м3, не более	0,4	0,5		0,6		Не нормируется
Наиболее соответствует температуре насыщения, С , не выше	Минус 26	Минус 24		Минус 22